JP4736282B2

JP4736282B2 - 薄膜光学装置

Info

Publication number: JP4736282B2
Application number: JP2001269492A
Authority: JP
Inventors: 浩司北川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003075733A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光量調整機能を有する薄膜光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等の撮像装置では、レンズに入ってくる光量を絞り羽根等を開け閉めすることによって適正な露出となるように調整している。すなわち、光が強い時には、絞りを強くしてレンズへの入射光量をおさえ、逆に光が弱い場合には絞りを弱めてレンズへの入射光量を増やす。ここで、光量調整機構は絞り羽根等の機械部品であるため、その機械的摺動部分の摩耗等がカメラ等の撮像機器の寿命を大きく左右するという現状がある。
【０００３】
機械的な摩耗のない光量調整機構として期待される薄膜光学装置として、例えば特開平９−９０４３６号公報には、酸化還元反応物質の酸化還元反応を利用した光学フィルタがある。この光学フィルタは、内面に電極が設けられたセルの内部を、可逆的に酸化還元反応する反応物質を含む反応溶液で満たし、セル内の反応物質の酸化還元反応によって光の透過率の制御を行うものである。
【０００４】
このような光学フィルタのセルは、例えば、透明な導電性物質である酸化インジウムスズからなる電極（以下、ＩＴＯ電極）および銀板電極が形成された第１の透明基板と、この第１の透明基板とほぼ同じ形状の第２の透明基板と、第１の透明基板と第２の透明基板との間に配される環状のスぺーサーとからなる。第１の透明基板と第２の透明基板とはスぺーサーを介して対向するように配置され、第１の透明基板、第２の透明基板およびスぺーサーに囲まれた部分に反応溶液が満たされている。このセル内部に満たされる反応溶液としては、例えば、可逆的に酸化還元反応する反応物質であるＡｇＣｌを含んだ溶液が用いられる。
【０００５】
このような光学フィルタで光透過率を制御する際は、ＩＴＯ電極と銀板電極とに電位差を生じさせることにより、反応溶液中で酸化還元反応を起してＡｇ（銀鏡）をＩＴＯ電極上に析出させたり溶解させる。すなわち光透過率を低下させるときには酸化還元反応によってＩＴＯ電極上にＡｇを析出させ、光透過率を上げるときには酸化還元反応によってＩＴＯ電極上のＡｇを溶解する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる酸化還元反応物質を用いた光学フィルタでは、経年使用に伴う反応物質の劣化によって酸化還元反応速度が低下してくると、ＩＴＯ電極上に付着したＡｇが酸化還元反応による溶解で除去しきらずに電極上に残留するおそれがあり、この結果として良好な光量調整機能を維持できなくなるという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、機械的な摩耗がなく、永続的に安定した光量調整を行うことの可能な薄膜光学装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜光学装置は、透明基板と、この透明基板の上に積層された第１の電極層と、この第１の電極層との間にギャップを介して積層された絶縁層と、この絶縁層の上に積層された第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の静電引力により前記ギャップを変形させて光の多重干渉条件を変化させるように前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に印加する電圧を制御する制御手段とを具備してなるものである。
【０００９】
すなわち、この発明は、第１の電極層と第２の電極層との間に電圧が印加されていないとき第１の電極層と絶縁層との間に一定のエアギャップが存在し、この部分への入射光は多重干渉によって遮光される。第１の電極層と第２の電極層との間に電圧が印加されると電極間に静電引力が発生し、この静電引力によってエアギャップが変形して光の多重干渉条件が変化し、光が透過し得るようになる。この原理によって、第１の電極層と第２の電極層との間に印加する電圧を制御することで光量調整を行うことが可能になり、機械的な磨耗がなく、永続的に安定した光量調整を行うことができる。
【００１０】
また、前記第１の電極層と前記絶縁層との間に前記ギャップが複数分散して配設され、これら複数のギャップを複数の領域にグループ分けしておき、各領域毎に第１の電極層と前記第２の電極層とに印加する電圧を制御することによって、画面の所望の位置でフェードイン、フェードアウト等の光量調整を行うなど、多様な光量調整を行うことが可能になる。
【００１１】
さらに、この発明にかかる薄膜光学装置は、光透過性を有するセルと、このセル内に満たされた可逆的に酸化還元反応する反応物質を含む反応溶液と、前記セル内に支持された透明基板と、この透明基板の上に積層された第１の電極層と、この第１の電極層との間にギャップを形成するように前記第１の電極層の上に積層された絶縁層と、この絶縁層の上に積層され、前記反応物質の酸化還元反応による膜の形成と除去が繰り返される面を有する第２の電極層と、前記セル内に満たされた前記反応溶液を前記ギャップの内外で流通させるための流通孔と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の静電引力により前記ギャップを変形させることによって該ギャップ内の前記反応溶液を前記流通孔を通じて吐出させ、前記セル内の前記反応溶液を流動させるように前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に印加する電圧を制御する手段とを具備してなるものである。
【００１２】
この発明によれば、セル内の反応溶液を流動させることによって、第２の電極層の面に反応物質の酸化還元反応によって形成された膜を除去する際に、その膜除去作用を助けることができ、経年使用に伴う反応物質の劣化によって酸化還元反応速度が低下した状況においても電極上の残留物の発生を阻止する効果を期待できる。したがって、永続的に安定した光量調整を行うことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、この発明の実施の形態にかかる薄膜光学装置の全体の外観を示す平面図である。
【００１５】
同図に示すように、この薄膜光学装置１０１は主に、フレキシブル印刷基板の基体１０と、この基体１０の面に均一に配設された薄膜光スイッチ素子１１の群とで構成されている。
【００１６】
図２に薄膜光スイッチ素子１１の構成を示す。同図に示すように、図１のフレキシブル印刷基板の基体１０を構成する透明基板としての透明フィルム１の上には第１の電極層３、光学多層膜５、第２の電極層７が順に積層されている。ここで、第１の電極層３および第２の電極層７には、例えば、透明な導電性物質である酸化インジウムスズからなる電極（ＩＴＯ電極）で構成されている。光学多層膜５はたとえばＳｉＯ2 等からなる絶縁層とＳｉＮ層とで構成される。第１の電極層３と光学多層膜５との間には複数のエアギャップ９が形成されている。そして第１の電極層３、光学多層膜５、第２の電極層７および一つのエアギャップ９で一つの薄膜光スイッチ素子１１が構成されている。
【００１７】
また、図１に示すように、フレキシブル印刷基板１０の外縁部には、上記第１の電極層３および第２の電極層７と導通接続された導体配線１３が設けられている。透明フィルム１の一端部にはコントローラ１５との接続部１４が設けられている。コントローラ１５は上記第１の電極層３と第２の電極層７との間に印加する電圧の可変制御を行う。
【００１８】
図３を参照して、薄膜光スイッチ素子１１の作用を説明する。
【００１９】
薄膜光スイッチ素子１１は光の透過のオン／オフを切り替える光スイッチとして機能する。すなわち、図３（ａ）は第１の電極層３と第２の電極層７との間に電圧が印加されていないときの状態を示し、図３（ｂ）は電圧が印加されているときの状態を示している。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、第１の電極層３と第２の電極層７との間に電圧が印加されていないときは、第１の電極層３と光学多層膜５との間に一定のエアギャップ９が存在し、この部分に入射した光は多重干渉により遮光される。これに対して図３（ｂ）に示すように、第１の電極層３と第２の電極層７との間に電圧が印加されると静電引力が発生し、この静電引力によってエアギャップ９の上方の光学多層膜５より上層部分が基板側に撓む。これにより薄膜光スイッチ素子１１における多重干渉条件が変化し、光が透過し得るようになる。この原理によって、第１の電極層３と第２の電極層７との間に印加する電圧を制御することで光量調整を行うことが可能になる。この薄膜光学装置１０１には機械的な磨耗点がなく、永続的に安定して光量調整を行うことが可能である。
【００２１】
また、画面の所望の位置でフェードイン、フェードアウトのような映像効果のための光量調整を行うことが可能なように、この薄膜光学装置１０１の薄膜光スイッチ素子１１の群をいくつかの領域にグループ分けしておき、これらの領域毎に印加する電圧を制御するように構成してもよい。
【００２２】
図４に、薄膜光スイッチ素子群の領域分割例を示す。同図の例は、薄膜光スイッチ素子１１の群を中心からの距離によって複数の領域Ａ（１）−Ａ（ｎ）にグループ分けし、各グループ毎に印加する電圧を制御することによって光量調整を行うようにした例である。また、図５に示すように、薄膜光スイッチ素子１１群を縦横に複数の領域Ａ（１）−Ａ（４）にグループ分けし、各グループ毎に光量調整を行うように構成してもよい。
【００２３】
次に、この発明の薄膜光学装置にかかる第２の実施形態を説明する。
【００２４】
この実施形態は、上記のエアギャップを有する薄膜構造を、反応物質の酸化還元反応によって光の透過率の制御を行う薄膜光学装置に適用したものである。
【００２５】
図６は、この薄膜光学装置のセル断面である。
【００２６】
同図に示すように、この薄膜光学装置２０１においては、上下二枚の透明基板２１，２２が環状のスぺーサー２４を介して互いに貼り合わされ、これら上下の透明基板２１，２２および環状のスぺーサー２４によって光透過性を有するセル２５が構成されている。このセル２５内には可逆的に酸化還元反応する物質であるＡｇＣｌを含んだ反応溶液２６が満たされている。
【００２７】
セル２５内には、さらに中間の透明基板２３が上下の透明基板２１，２２に対して離間する位置に支持されている。この中間の透明基板２３の上には第１の電極層３、光学多層膜５および第２の電極層７が積層され、第１の電極層３と光学多層膜５との間には複数のエアギャップ９が形成されている。第１の電極層３および第２の電極層７は透明な導電性物質である酸化インジウムスズからなる電極（ＩＴＯ電極）である。
【００２８】
また、中間の透明基板２３の上には銀板電極２８が設けられている。この銀板電極２８と第２の電極層７との間に電位差を生じさせることによって、反応溶液２６中で酸化還元反応を起こして第２の電極層７の上にＡｇ（銀鏡３０）を析出したり溶解することで、光透過率の制御が行われるようになっている。
【００２９】
また、中間の透明基板２３には、反応溶液２６をセル２５内で流動させるために複数の孔２９ａ，２９ｂが設けられている。すなわち、中間の透明基板２３の上部と下部との間を反応溶液２６が流通可能なように中間の透明基板２３に複数の孔２９ａが貫通して設けられているとともに、エアギャップ９内と中間の透明基板２３の下部との間で反応溶液２６が流通可能なように、中間の透明基板２３と第１の電極層３とを貫通する流通孔２９ｂがそれぞれ設けられている。
【００３０】
第１の電極層３と第２の電極層７との間に電圧が印加されると、これらの電極層間に作用する静電引力によってエアギャップ９の上方の光学多層膜５より上層部分が第１の第１の電極層３側に撓む。このエアギャップ９の変形によってエアギャップ９内から反応溶液２６が孔部２９ｂを通じて中間の透明基板２３の下部へ押し出され、さらに別の孔部２９ａを通じて中間の透明基板２３の下部から上部へ反応溶液２６が移動する。
【００３１】
このセル２５内での反応溶液２６の流動により、第２の電極層７の面に反応物質の酸化還元反応によって形成された膜３０を除去する際に、その膜除去作用を助けることができ、経年使用に伴う反応物質の劣化によって酸化還元反応速度が低下した状況において、第２の電極上の残留物の発生を阻止する効果を期待することができる。
【００３２】
尚、本発明の薄膜光学装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、機械的な摩耗による劣化がなく、永続的に安定した光量調整を行うことの可能な薄膜光学装置を提供することができる。また、反応物質の酸化還元反応によって光の透過率の制御を行う薄膜光学装置において、電極表面に反応物質の酸化還元反応によって析出された物質が溶解時に残留することを防止でき、永続的に安定した光量調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる薄膜光学装置の全体の外観を示す平面図である。
【図２】この実施形態の薄膜光スイッチ素子の構成を示す断面図である。
【図３】図２の薄膜光スイッチ素子の作用を説明するための断面図である。
【図４】図２の薄膜光スイッチ素子群の領域分割の例を示す図である。
【図５】図２の薄膜光スイッチ素子群の領域分割の別の例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる薄膜光学装置の全体の断面図である。
【図７】図６の薄膜光学装置の主な作用を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１透明フィルム
３第１の電極層
５光学多層膜
７第２の電極層
９エアギャップ
１０フレキシブル印刷基板
１１薄膜光スイッチ素子
１５コントローラ
２１，２２，２３透明基板
２５セル
２６反応溶液
２８銀板電極
２９ａ，２９ｂ孔部
３０銀鏡
１０１，２０１薄膜光学装置

Claims

光透過性を有するセルと、
前記セル内に満たされ、可逆的に酸化還元反応する物質を含む反応溶液と、
前記セル内に設けられるとともに、層形状を成した第１の電極と、層形状を成した第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられたギャップとを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位差を生じさせることにより前記ギャップが変形される素子と、
前記第１の電極または前記第２の電極に設けられ、前記反応溶液を前記ギャップの内外で流通させるための流通孔と、
前記セル内に設けられた第３の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に生じさせる電位差および前記第２の電極と前記第３の電極との間に生じさせる電位差を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第２の電極と前記反応溶液とが接する部分に前記物質の酸化還元反応による膜の形成および膜の除去を行なわせ、前記膜の形成および前記膜の除去により前記第２の電極を透過する光の透過量を変化させるように、前記第２の電極と前記第３の電極との間に生じさせる電位差を制御するとともに、前記ギャップ内の前記反応溶液を前記流通孔を通じて前記ギャップの外へ吐出させることにより前記セル内の前記反応溶液を流動させるように、前記第１の電極と前記第２の電極との間に生じさせる電位差を制御する光学装置。